Materiali 2D: la scoperta del Fosforene e le sue applicazioni
Nel panorama della ricerca scientifica relativa ai materiali bidimensionali detti 2D, il fosforene è emerso come uno dei protagonisti principali. Contrariamente al grafene, ottenuto per la prima volta nel 2004, il fosforene è stato scoperto nel 2014 come derivato del fosforo nero.
Indice Articolo
- Le potenzialità dei materiali 2D
- Dal fosforo nero al fosforene: una nuova prospettiva
- Potenziali utilizzi del fosforene
- Il Fosforene: un Materiale con Proprietà Uniche
- Anisotropia del Fosforene e le sue Implicazioni
- La Banda Proibita del Fosforene e le sue Applicazioni
- Modulazione della Banda Proibita del Fosforene
- Sviluppi Futuri del Fosforene
Le potenzialità dei materiali 2D
Oltre al fosforene, altri materiali 2D di grande interesse sono il nitruro di boro, caratterizzato da proprietà isolanti, e i calcogenuri dei metalli di transizione come il disolfuro di molibdeno e il diseleniuro di tungsteno, che agiscono come semiconduttori. L’accostamento di diversi cristalli 2D per formare eterostrutture apre la strada alla creazione di nuovi materiali con proprietà ottiche, elettroniche e magnetiche innovative.
Dal fosforo nero al fosforene: una nuova prospettiva
Il fosforene, ottenuto dal fosforo nero, si presenta come un singolo strato di atomi di fosforo con una struttura ondulata a causa della sua ibridazione sp3. A differenza del grafene, il fosforene non forma fogli piatti. Il fosforo nero, uno degli stati alotropici del fosforo, è stato a lungo sottovalutato e viene prodotto riscaldando il fosforo bianco ad alte pressioni.
Simile alla grafite nella struttura e nelle proprietà conduttive, il fosforo nero può essere ottenuto in monostrati, mostrando eccellenti capacità di trasporto di cariche. Tuttavia, la sua tendenza all’ossidazione in presenza di acqua e ossigeno limita le sue possibilità di impiego.
Potenziali utilizzi del fosforene
Le straordinarie capacità di assorbimento ottico del fosforene lo rendono particolarmente interessante nell’ambito delle applicazioni optoelettroniche, che coinvolgono dispositivi elettronici interagenti con radiazioni elettromagnetiche. A differenza del grafene, con strutture piatte e ottime proprietà di conduzione elettrica, il fosforene presenta una superficie ondulata che lo rende un materiale dalle potenzialità uniche nell’ambito dell’elettronica e dell’ottica.
In conclusione, il fosforene si conferma come un materiale dalle proprietà degne di interesse per lo sviluppo di nuove tecnologie all’avanguardia, aprendo la strada a una nuova generazione di dispositivi di dimensioni ridotte e dalle elevate prestazioni.
Il Fosforene: un Materiale con Proprietà Uniche
Il fosforene è un materiale bidimensionale composto da atomi di fosforo disposti in creste e intercalati, che conferiscono al materiale un aspetto di saliscendi. Questa struttura dà al fosforene una banda energetica proibita determinata, consentendo la conducibilità elettrica solo quando gli elettroni assorbono energia specifica. Questa caratteristica permette un controllo preciso sul comportamento elettrico del materiale.
Anisotropia del Fosforene e le sue Implicazioni
A differenza del grafene e di altri materiali bidimensionali, il fosforene è anisotropo, il che significa che le sue proprietà variano in base alla direzione in cui vengono misurate. Questa particolarità influisce sulle proprietà ottiche, elettriche, termiche e meccaniche dei dispositivi in cui il fosforene è impiegato.
La Banda Proibita del Fosforene e le sue Applicazioni
Il fosforene presenta una banda proibita che varia da 0.3 a 2.0 eV, un intervallo unico rispetto ad altri materiali bidimensionali. Mentre il grafene ha una banda proibita pari a zero e i calcogenuri dei metalli di transizione presentano bande proibite comprese tra 1.5 e 2.5 eV. La banda proibita del fosforene corrisponde all’intervallo di lunghezze d’onda tra 0.6 e 4.0 μ, che include la luce visibile e l’infrarosso, rendendolo utile per sensori a infrarossi.
Modulazione della Banda Proibita del Fosforene
La banda proibita del fosforene può essere variata aumentando il numero di strati o attraverso il doping con arsenico, il che rende il materiale sensibile alla presenza di gas. Questa caratteristica lo rende promettente per applicazioni sensoriali e di rilevamento.
Sviluppi Futuri del Fosforene
La ricerca attuale si concentra sia sull’ottimizzazione dei metodi di produzione del fosforene che sulla ricerca di materiali che possano renderlo più stabile attraverso la passivazione. L’obiettivo è rendere il fosforene più affidabile e adatto per una vasta gamma di applicazioni.
